1.12 光学涡旋的研究发展史

1.13 光学涡旋的研究动态

1.1.4 研究光学涡旋的一般方法

1.2 本文的主要内容

    本文重点关注于相位奇异点的形成机制及其仿真，以及对奇异点阵列的相位结构的探究。通过实验探究、数值仿真和理论分析的方法来观察相位奇异点处的光谱性质及相关信息。论文各部分的内容如下：

第一章， 绪论，介绍研究背景、国内外相关的研究动态及各章节的主要内容。

第二章， 详细介绍光学涡旋的形成及其概念。

第三章， 介绍实验和仿真我们所采用的具体方法和详细的技术路线。

第四章， 对实验结果和仿真结果进行分析和总结。

1.3 本课题研究的意义

该项目通过对相位奇异点的研究,来找出它的光振幅和相位信息。通过实验实践和理论分析、数值仿真的方法找出相位奇异点的分布和状态。编制出一套多波叠加产生相位奇异点的程序，仿真出相位奇异点图谱。对于相位奇异点的光波复振幅和相位信息，产生了很多新的特性，引起了人们的广泛关注。在非线性光学，激光物理学，光信息处理，激光光显示等领域成为了研究热点。通过相位奇异点的研究，使它应用在了更多的领域，如光学微控制，量子通信，信息传递，激光位移测量等等[ ]。相位奇异现象的研究在光学和物理前沿领域中具有着重要的先导意义和广阔的应用前景。

2 研究的理论基础

本实验的研究主要是在多平面波相互叠加干涉产生的散斑中进行，因此，在对产生的光学涡旋进行分析之前，需要先对干涉产生的散斑的成因做一定的理论分析。同时也要对散斑中所携带的信息做一定的了解。在多平面波干涉时，其实验结果还与平面波的偏振态有关，以及如何用琼斯矩阵来表示偏振光都将是我们在做matlab仿真时所需要的理论基础。了解这些，将为之后的实验及仿真分析提供理论基础和解决思路。文献综述

2.1 光学散斑的基本理论

2.1.1  散斑的成因

    散斑的根本其实就是典型的统计学现象。从在光场中提出散斑现象至今这几十年中，人们对它的理论和应用研究越来越深入，很大程度上的丰富了统计光学的内容。现在，散斑在很多方面都显示了它的重要价值，而不再仅仅是在理论层面上的研究。例如它在全息照相，以及干涉测量等方面都发挥着巨大的作用。

一般地，电磁波以至粒子束受介质的无规则散射后，它的散射场常会呈现无规则分布的散斑结构，这就是所谓的散斑[ ]。物体表面一般都是很粗糙的，所以导致散斑现象在我们的身边随处都在发生。而散斑现象在光学系统中的发生是有条件的，成像系统的点扩散函数具有足够的“宽度”,则算到物平面后能在物体表面覆盖足够多的面元，来自这些面元的光线将在同一象点处叠加干涉，从而形成散斑[33]。